摘(zhāi)要:通過(guo)将 流量(liàng)計 安裝(zhuāng)在注水(shuǐ)井配注(zhù)裝置内(nèi)，實現井(jǐng)下分層(ceng)注水量(liang)的🚩自動(dong)監測🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。目(mù)前地面(mian)上進行(hang)流量測(ce)量的流(liú)量計種(zhǒng)類👉較多(duo)，但大多(duō)不适合(he)在井下(xia)長期使(shi)用，且無(wu)法滿足(zú)配💜注裝(zhuāng)置内部(bu)的空間(jian)要求。對(dui)比油田(tian)測試常(chang)用流量(liang)計的功(gōng)能特⭕點(dian)，優選流(liú)量測量(liàng)方式;綜(zōng)合考慮(lü)流态、結(jie)構尺寸(cun)約束和(he)壓力損(sun)失等因(yīn)素并通(tōng)過FLUENT軟件(jiàn)模拟确(què)定了流(liú)量計的(de)尺寸，優(yōu)選 差壓(ya)傳感器(qì) 并設計(ji)保護組(zu)件。室内(nèi)試驗與(yǔ)現場試(shì)驗表明(míng):流量計(jì)🔞測量值(zhi)較爲準(zhun)确，測量(liang)誤差小(xiǎo)于5%。
　　油田(tian)針對分(fen)層注水(shui)井測調(diao)工藝繁(fan)瑣、工作(zuo)量大［1］、不(bú)能👅實時(shi)監測分(fèn)層注水(shui)量并根(gēn)據總注(zhu)水量的(de)變化對(dui)井💜下分(fèn)層水嘴(zui)進行實(shí)⛱️時調節(jiē)等問題(tí)。井下分(fèn)層注水(shui)量的自(zì)動監測(cè)，通🚶過将(jiang)流量計(jì)安裝在(zai)配注裝(zhuang)置内實(shí)現，流量(liang)計有小(xiǎo)型化、結(jie)構簡單(dan)、無運動(dong)部件🔴、穩(wen)定可靠(kao)等基本(ben)要求。目(mu)前用來(lái)在地面(miàn)上實現(xian)流💔量測(cè)量的流(liú)量👣計有(you)幾十種(zhong)之🐇多，但(dàn)大多不(bu)适❤️合在(zài)井下長(zhang)期使用(yòng)，一方面(miàn)由于地(di)面和井(jǐng)下的環(huan)境差異(yi)(溫度、壓(yā)力)，另一(yī)方面是(shì)目前的(de)流量計(jì)🛀的體積(jī)、安裝方(fang)式無法(fǎ)直接用(yòng)于配注(zhu)裝💋置上(shàng)，因此需(xū)要根據(ju)現有流(liu)量測量(liang)原理，适(shì)合🍓于井(jing)下流量(liang)測🤩量的(de)小型流(liu)量計。
1小(xiǎo)型孔闆(pan)流量計(ji)的設計(jì)
1.1流量測(ce)量方式(shì)的選擇(ze)
對井下(xià)分層注(zhu)水量自(zì)動監測(ce)使用的(de)流量計(ji)有以下(xia)㊙️要求:
(1)長(zhǎng)期使用(yòng)的可靠(kao)性。目前(qian)井下常(cháng)用流量(liàng)計的使(shǐ)用僅限(xian)🥵于測試(shi)🚩，測試後(hòu)即可進(jìn)行維護(hu)、标定。所(suo)述的流(liú)量計🏃🏻‍♂️，在(zài)井♉下長(zhang)時間👌連(lián)續使用(yong)，其可靠(kào)性要求(qiú)遠大于(yú)目前使(shǐ)用的流(liú)量計。
(2)結(jié)構緊湊(còu)。流量計(jì)安裝于(yu)配注裝(zhuang)置的環(huán)空内，空(kong)間位置(zhì)有限，流(liu)量計的(de)直徑受(shòu)到限制(zhi)，其直徑(jing)小于30mm。
(3)具(jù)備抗堵(dǔ)塞能力(li)。分層計(jì)量流量(liàng)計的通(tōng)道較小(xiao)，容易産(chan)🐇生⛱️堵塞(sai)，需保持(chi)流道通(tong)暢。
　　進行(hang)流量測(ce)量方式(shì)的選取(qu)。電磁流(liú)量計和(he)超聲波(bō)🛀流量計(jì)結構較(jiao)複雜［2－3］，小(xiao)型化則(ze)結構設(shè)計困難(nán);渦街流(liu)量計怕(pà)震動［4］，不(bu)利于井(jing)下長期(qī)使用;靶(bǎ)式流量(liàng)計對流(liu)體的要(yào)求較高(gāo)［5］，不🍓适用(yòng)于低雷(léi)諾數測(cè)量，且流(liú)體必須(xū)充滿流(liu)量計🐪的(de)測量管(guǎn)👉;标準孔(kǒng)闆♍流量(liang)計采🐉用(yong)圓形薄(báo)壁孔闆(pan)，性能穩(wěn)定可靠(kào)，使用壽(shòu)命長［6］，常(chang)用來做(zuò)污水計(jì)㊙️量，此外(wài)孔闆流(liu)量計結(jie)構簡單(dan)，易于實(shí)⭐現小型(xíng)化設計(jì)，因此流(liú)量測量(liàng)方式💚選(xuan)用孔闆(pǎn)式。
1.2小型(xíng)孔闆流(liu)量計的(de)設計
　　按(an)照配注(zhù)裝置整(zheng)體結構(gou)排布(截(jié)面如圖(tú)1所示)，流(liu)量計測(cè)量通道(dao)⁉️的最大(da)外徑爲(wei)26mm。由于配(pei)注裝置(zhì)結構緊(jin)湊，按照(zhào) 标準孔(kǒng)闆流量(liàng)計 法蘭(lán)夾持孔(kong)闆的結(jie)構形式(shi)無法實(shí)現，因此(ci)在小型(xíng)♻️化的設(shè)計上，取(qǔ)消了法(fa)蘭連接(jie)，大大縮(suō)小了外(wai)徑尺寸(cun)，如⭕圖2所(suo)示。


　　 孔闆(pan)流量計(ji) 的設計(jì)首先應(ying)保證流(liú)道内的(de)流體處(chù)于紊流(liu)狀态，避(bì)免流态(tai)變化引(yǐn)起流量(liang)測量誤(wu)差。由于(yu)結構約(yuē)束關系(xì)，孔闆流(liu)量計的(de)流道🏃🏻直(zhi)徑設計(jì)爲14～22mm，單層(ceng)注水量(liàng)取Q=2～20m3/d。計算(suan)孔闆流(liú)㊙️量計的(de)🔴雷諾數(shù)與流道(dào)直徑和(hé)單層注(zhu)水量之(zhī)間的關(guān)系，結果(guǒ)見圖3。
　　流(liu)道直徑(jìng)減小，有(yǒu)利于提(tí)高測量(liàng)精度，但(dan)流道過(guò)小會增(zēng)大沿👅程(cheng)阻力。流(liu)道直徑(jing)爲14～22mm，單層(céng)注水量(liang)取Q=5～50m3/d，按照(zhào)達西－韋(wéi)斯巴赫(hè)㊙️公式(1)與(yu)布拉修(xiu)斯公式(shi)(2)［7］計算流(liu)量計流(liu)道内的(de)壓力損(sǔn)失。從圖(tu)4可以🔆看(kan)出:随着(zhe)流道直(zhí)徑的增(zēng)加，流阻(zu)明顯下(xia)⛱️降，若要(yao)減小壓(yā)力損失(shi)，流道直(zhi)🤟徑應盡(jìn)量大。

式(shì)中:hf爲沿(yan)程阻力(li)損失;λ爲(wei)沿程阻(zǔ)力系數(shù);L爲流道(dào)長度;v爲(wèi)😍平☀️均流(liu)速;D爲流(liu)道直徑(jìng);g爲重力(lì)加速度(du);Re爲雷諾(nuo)數。

　　綜合(he)考慮流(liú)态、結構(gou)尺寸約(yuē)束和壓(ya)力損失(shi)等因素(su)，小型流(liu)量計流(liu)道直徑(jing)取值範(fan)圍爲14～22mm。标(biāo)準孔闆(pan)流量計(ji)的直徑(jing)比一般(bān)在0.2～0.75之間(jiān)［8］。根據以(yi)上分析(xi)取流道(dào)直徑的(de)1/3～1/2作爲孔(kǒng)闆直徑(jìng)較爲合(he)适。孔闆(pan)直徑越(yuè)小，流量(liàng)計靈敏(min)度會越(yuè)高，有利(lì)于傳感(gan)器檢測(ce)，但也會(hui)引起💯壓(yā)力損失(shi)的增加(jiā)，如果孔(kǒng)闆直徑(jing)過小，也(yě)存在孔(kong)闆被堵(du)塞的危(wei)險。綜合(hé)考慮各(gè)因素，流(liú)量計孔(kong)闆直徑(jing)取值範(fan)圍爲5～16mm。
1.3小(xiǎo)型孔闆(pan)流量計(jì)的模拟(nǐ)仿真計(ji)算
　　運用(yong)FLUENT軟件與(yǔ)标準孔(kong)闆流量(liang)計流量(liàng)－壓差計(ji)算公式(shì)(3)，對量程(chéng)🐅爲3～30m3/d的流(liu)量計對(dui)應的流(liú)道結構(gou)進行數(shu)值模拟(ni)，繪❓制的(de)🍓流量📱與(yǔ)壓🈲差關(guān)系曲線(xiàn)如圖5—6所(suo)示。孔闆(pan)兩❄️端最(zui)高壓差(cha)爲0.2MPa時，對(dui)應流量(liàng)計🙇‍♀️的流(liu)道☂️尺寸(cùn)爲:流道(dào)直徑14mm，孔(kong)闆直徑(jìng)5.1mm。

式中:qv爲(wèi)體積流(liú)量;C爲修(xiu)正系數(shù);β爲流量(liang)計的直(zhi)徑比;A0爲(wei)流道橫(heng)📐截面積(jī);Δp爲流道(dào)出口與(yǔ)入口處(chù)的壓差(chà);ρ爲流體(tǐ)密度。


　　在3～30m3/d流(liú)量計設(shè)計成功(gong)的基礎(chǔ)上，利用(yòng)FLUENT軟件對(dui)量程分(fèn)别🌍爲15～150m3/d、30～400m3/d的(de)流量計(ji)對應流(liu)道進行(hang)了模拟(ni)，繪制流(liu)量與壓(yā)差關系(xi)曲線如(ru)圖7—8所示(shi)。


　　可以(yǐ)看出:孔(kong)闆兩端(duan)最高壓(yā)差爲0.2MPa時(shí)，量程15～150m3/d對(dui)應流量(liang)計的流(liú)道尺寸(cun)爲:流道(dào)直徑18mm，孔(kong)闆直徑(jìng)10.3mm;量程30～400m3/d對(dui)應流量(liàng)計的流(liu)🌈道尺寸(cùn)爲:流道(dào)直徑20mm，孔(kong)闆直徑(jing)15mm。
1.4差壓傳(chuán)感器的(de)優選與(yu)保護
　　差(chà)壓傳感(gan)器的選(xuan)型原則(zé):流量測(cè)量通道(dào)壓差損(sun)失小，滿(man)足配注(zhù)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻器的結(jie)構尺寸(cun)要求，測(ce)量精度(dù)高以及(ji)📞耐高溫(wēn)高🏃🏻‍♂️壓。選(xuan)擇的差(chà)壓傳感(gǎn)器性能(neng)參數如(ru)下:差壓(ya)0～0.2MPa、精度0.1%、耐(nài)溫－40℃～125℃、外形(xíng)尺寸19mm×35mm。
　　選(xuan)用該差(chà)壓傳感(gǎn)器，承受(shòu)的絕對(dui)壓力可(ke)以滿足(zú)設計要(yao)求，傳感(gan)器綜合(hé)精度爲(wèi)0．1%，流量分(fen)辨率較(jiao)高、可區(qu)分0．5m3，40m3的水(shui)流沖擊(jī)🌏爲0.19MPa(＜0.2MPa)，不易(yi)損壞。
　　差(chà)壓傳感(gan)器承受(shou)的壓差(cha)不能超(chao)過工作(zuo)壓差的(de)3倍，爲防(fáng)止高壓(ya)😘差或尖(jian)峰壓力(li)脈沖對(dui)傳感器(qi)的損壞(huai)🤟，設計了(le)單向閥(fa)和波紋(wen)管保護(hù)組件，與(yu)流量計(ji)共同夠(gòu)成流量(liàng)計短節(jie)，如圖🧑🏾‍🤝‍🧑🏼9所(suo)示。其中(zhōng)單向🍉閥(fa)保護組(zǔ)件主要(yao)是用來(lai)防止長(zhǎng)時間的(de)高壓差(cha)對傳😍感(gan)器造成(cheng)損害;波(bo)紋管保(bao)護組件(jian)采用低(dī)剛度金(jīn)㊙️屬片，迅(xun)速做出(chu)緩沖壓(yā)力較大(da)的脈沖(chòng)，主要是(shi)用來吸(xi)收快速(sù)的尖峰(fēng)壓力脈(mo)沖，防止(zhi)尖峰壓(ya)力脈沖(chòng)損壞。單(dān)向閥與(yu)波紋管(guǎn)相輔相(xiàng)成可以(yi)有效地(dì)保護傳(chuan)感🐅器不(bú)被損壞(huài)。

2室(shi)内與現(xiàn)場試驗(yàn)
2.1室内試(shi)驗
　　在室(shì)溫25℃，流量(liàng)0～300m3/d對流量(liàng)計進行(hang)标定，标(biao)準流量(liang)計的量(liàng)程範圍(wéi)1.5～450m3/d，精度💁0.1%。在(zai)圖10所示(shì)的流量(liang)計标定(ding)實驗平(ping)台上，分(fèn)别♋進行(hang)正行程(chéng)和反行(hang)程流量(liàng)測試，流(liu)量标定(dìng)數💚據見(jian)表1。
　　試驗(yàn)結論:試(shì)驗流量(liang)最小爲(wèi)2.6m3/d，最大爲(wei)286.1m3/d，流量标(biāo)定最大(dà)🍓誤差正(zheng)💃行程爲(wei)3.9%，反行程(chéng)爲3.7%，流量(liang)與壓力(li)計數呈(chéng)抛物線(xiàn)關系。将(jiang)正行程(cheng)和反行(hang)程的測(cè)量數據(jù)進行拟(nǐ)合，拟合(he)結💘果如(rú)圖🔅11所示(shì)，曲線基(ji)本重合(he)，誤💃差很(hen)小，說明(míng)流量計(jì)重複性(xing)高。



2.2現(xiàn)場試驗(yan)
　　該井上(shàng)層配注(zhù)30m3/d，下層配(pèi)注20m3/d，井下(xia)小型孔(kong)闆流量(liàng)計測量(liàng)值在多(duo)功能配(pèi)注裝置(zhi)上顯示(shi)上層注(zhu)水量32.3m3/d，下(xia)層注水(shuǐ)量19.4m3/d，地面(mian)水表顯(xiǎn)示50m3/d。爲驗(yàn)證分層(céng)流量調(diào)配結果(guǒ)是否準(zhǔn)确進行(hang)了超聲(shēng)波流量(liang)計測試(shi)驗證，分(fèn)層水量(liàng)調配結(jie)果、超聲(sheng)波📧流量(liang)計測試(shi)驗證結(jie)果與地(di)面水表(biao)計量結(jie)果3個參(cān)數吻合(he)度達到(dao)95%以上。
　　該(gāi)井現場(chǎng)試驗9個(ge)月以來(lái)，不斷跟(gen)蹤現場(chang)實時測(ce)試情況(kuang)，超聲波(bo)流量計(jì)分層測(ce)試驗證(zhèng)結果顯(xiǎn)示:井下(xià)♊小型孔(kǒng)闆流量(liàng)💋計測量(liang)值在多(duō)功能配(pèi)注裝置(zhì)上顯示(shi)的測試(shì)誤差仍(reng)小于3%。目(mù)前已開(kāi)展現場(chang)試驗6口(kou)井，測試(shì)誤差🈚均(jun1)小于5%，現(xiàn)場試驗(yan)效💋果良(liang)好。
3結論(lùn)
(1)小型孔(kong)闆流量(liang)計結構(gou)簡單、無(wu)運動部(bù)件，安裝(zhuang)于配注(zhù)裝置内(nei)，與配注(zhu)裝置在(zài)井下長(zhǎng)期使用(yòng)，進行井(jǐng)下🌈分層(céng)注水量(liang)的自動(dòng)監測。
(2)試(shì)驗結果(guǒ)顯示，小(xiǎo)型孔闆(pǎn)流量計(jì)測量值(zhí)較爲準(zhun)确，計量(liàng)誤差小(xiao)✊于5%。
(3)單向(xiang)閥和波(bo)紋管保(bao)護組件(jiàn)有效防(fáng)止高壓(ya)差或尖(jian)峰✌️壓力(li)脈🙇‍♀️沖對(dui)傳感器(qì)的損壞(huài)，提高了(le)流量計(jì)的工作(zuo)可靠性(xing)。

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